I Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОСВЯЗИ МЕЖДУ ПЛОЩАДЬЮ КОРОНАЛЬНЫХ ДЫР И УРОВНЯМИ МАГНИТНЫХ БУРЬ НА ЗЕМЛЕ И ДРУГИМИ ПРОЯВЛЕНИЯМИ В ОКОЛОЗЕМНОМ КОСМИЧЕСКОМ ПРОСТРАНСТВЕ

• Авторы
• Файлы работы
• Наградные документы

Хасаева Т.Т. 1

---

1ГБОУ Московская гимназия на Юго-Западе № 1543

Работа в формате PDF

361.9 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьника

Научно-исследовательская работа

Исследование взаимосвязи между площадью корональных дыр и уровнями магнитных бурь на Земле и другими проявлениями в околоземном космическом пространстве

Выполнила:

Хасаева Татьяна Тимуровна

учащаяся 11 класса

ГБОУ Московская гимназия На Юго-Западе № 1543

Департамента образования города Москвы

Руководитель:

Гомулина Наталия Николаевна

Заместитель директораГБОУ Московская гимназия На Юго-Западе № 1543

Департамента образования города Москвы,

кандидат педагогических наук,

доцент кафедры методики обучения физике

ГАОУ ВО города Москвы МИОО

Введение 2

I. Основные экспериментальные данные - наблюдения Солнца с космических обсерваторий SOHO (приборы EIT 284), SDO, сайт ТЕСИС 4

II. Космическая погода и ОКП 4

III. Оценка солнечной активности по проявлению вспышечной активности и наличия корональных дыр 5

IV. Оценка потока электромагнитного излучения на волне 10.7 см и активности Солнца 8

V. Уровни магнитных бурь и индекс Кр в октябре 2015 года 8

Рис.7. индекс Кр в октябре 2015 года 8

Заключение 9

Литература 10

В октябре 2015 года наблюдалось аномальное покрытие корональными дырами поверхности Солнца. Полярная корональная дыра в октябре 2015 года – самая большая из всех зафиксированных в атмосфере Солнца за последние годы.

СМИ 21 октября 2015 г. сообщили, что «Корональная дыра на Солнце вызовет сильную магнитную бурю на Земле».

Гипотеза исследования: если проанализировать площадь корональных дыр Солнца в разные даты, частоту и мощность появления магнитных бурь на Земле, выявить другие проявления солнечно-земных связей, то можно выяснить корреляцию между этими явлениями и справедливость данного утверждения.

Задачи исследования.

1. Проанализировать информацию с научных сайтов космических обсерваторий SOHO и SDO, Центра анализа космической погоды НИИЯФ МГУ, ТЕСИС Лаборатории рентгеновской астрономии Солнца, ФИАН о площади корональных дыр и проявления в ОКП (околоземное космическое пространство).

2. Проанализировать по данным прибора EIT 284 площадь покрытия поверхности Солнца корональными дырами за последние 5 лет (24 цикл солнечной активности) и выявить даты, в которых наблюдались аномально большие корональные дыры.

3. Проанализировать уровни магнитных бурь (с G1 – слабая до G5 – экстремально сильная буря) по данным ТЕСИС и сравнить с датами, в которых наблюдались аномально большие корональные дыры.

4. Проанализировать рентгеновское излучение Солнца, вспышечную активность Солнца по данным ТЕСИС (класс С – слабые вспышки, класс М – средние вспышки, класс Х – сильные вспышки) и величину индекса F10.7. и сравнение с датами, в которых наблюдались аномально большие корональные дыры.

5. Проанализировать мощность и особенности вспышек на Солнце и проявление в ОКП с сайта «Мониторинг солнечной активности» за весь 2015 год.

Методика получения данных – загрузка 500-2000 изображений на http://sohodata.nascom.nasa.gov/cgi-bin/data_query соответственно требуемому EIT с сайта космической обсерватории SOHO, и определение дат, в которые наблюдались максимальные площади корональных дыр. Затем получение информации о площади корональных дыр с сайта Центра анализа космической погоды НИИЯФ МГУ по данные даты, информации о рентгеновском излучении Солнца на данные даты, анализ мощности и особенностей вспышек на Солнце с сайта «Мониторинг солнечной активности», изучение проявлений ОКП.

Актуальность исследования. Корреляция площади корональных дыр со скоростью солнечного ветра известна 10 лет. Но подробно была изучена связь скорости солнечного ветра с площадью КД в относительно спокойный период с января по май 2005 г., при этом был получен высокий коэффициент корреляции 0,62 [7]. Определение корреляции между площадью корональных дыр и данными солнечно-земных связей (уровень магнитных бурь, мощность солнечных вспышек, величина индекса F10.7) в условиях повышенной солнечной активности в 2015 г. являются важными и актуальными.

Экспериментальные данные по Солнцу поступают on-line с космических обсерваторий. Солнечная космическая обсерватория SOHO (Solar and Heliospheric Observatory), работает на околосолнечной орбите с 1995 года (более 20 лет).

Рис.1. Корональная дыра – область солнечной короны с низкой температурой Т = 10⁶ К. Магнитное поле радиально направлено от Солнца. Рисунок с сайта http://spaceweather11.livejournal.com/

Методика получения данных – загрузка 500-2000 изображений на http://sohodata.nascom.nasa.gov/cgi-bin/data_query соответственно требуемому EIT. Солнечная космическая обсерватория SDO (Solar Dynamics Observatory), работает с 2010 года. Таким образом, наблюдения за корональными дырами систематически начали проводиться 20 лет назад. За это время было 2 максимума солнечной активности. В 24 цикле два максимума солнечной активности – в 2012 г. и в 2015 г.

Сайт ТЕСИС – сайт комплекса космических телескопов Физического института Российской Академии наук. Сайт Центра анализа космической погоды НИИЯФ МГУ http://swx.sinp.msu.ru/weather.php транслирует в режиме реального времени изображение Солнца, текущее расположение корональных дыр, относительную площадь корональных дыр, солнечный ветер на орбите около Земли.

Космическая погода - это совокупность явлений на Солнце, в верхней атмосфере, околоземном космическом пространстве и межпланетной среде, оказывающих воздействие на процессы в околоземном космическом пространстве. Ишков В.Н. так определяет космическую погоду: «В настоящее время понимается состояние околоземного космического пространства (ОКП) и верхних слоев атмосферы в любой заданный отрезок времени, которое определяется активными явлениями на Солнце».

Из всех проявлений солнечных явлений нас интересует корреляция «большие корональные дыры» - проявления ОКП.

Первые наблюдения корональных дыр сделаны в 1973 году с помощью космического рентгеновского телескопа.

В начале можно предположить, что корональные дыры являются результатом высокой солнечной активности в августе 2015 года. На изображении видно, что 15 августа произошла сильная (G3) магнитная буря, сопровождавшаяся рядом умеренных и слабых. Однако мы видим, что уже в окрестности этой даты на Солнце наблюдались значительные площади корональных дыр. Это наводит на мысль о том, что коронарные дыры могут вызывать магнитные бури на Земле.

Рис.3. Соответствие корональной дыры 15 августа 2015 г. и магнитных бурь

Это предположение подтверждает сильная магнитная буря в октябре 2015, в период, когда коронарные дыры были особенно большими.

Рис.4. Соответствие корональной дыры 8 октября 2015 г.

и средних и сильных магнитных бурь

Форма корональных дыр постоянно меняется, однако сами по себе корональные дыры могут существовать в течение 5 и более лет. На рентгеновских изображениях поверхность Солнца выглядит светлой из-за горячего плотного газа – его удерживает магнитное поле звезды. В местах, где магнитное поле соприкасается с космосом, возникает «утечка» газа, температура понижается, и на снимках это проявляется в виде темных пятен – корональных дыр.

Плазма, исходящая из корональных дыр, становится элементом «солнечного ветра». Если обычная скорость ветра на Солнце – около 400 км/сек, то в районе корональных дыр она увеличивается до 800 км/сек. В течение 1-3 суток частицы солнечного ветра достигают Земли и могут вызвать геомагнитные бури, которые влияют на многие области деятельности человека.

В.Н. Ишков [2] впервые показал, что появился намек на тенденцию, что «дефициту» числа активных областей сопутствует «избыток» корональных дыр: в цикле 21 их было более 136, в 22-ом 148, а в 23-ем уже 261.

Рис.5. Изображения корональных дыр 2010-2015

В 2015 году утверждение Ишкова В.Н. наглядно доказано данной таблицей и наблюдениями: вспышек на Солнце практически не наблюдалось, когда наблюдались корональные дыры. Мониторинг солнечной активности и количества вспышек по сайту

http://www.solarmonitor.org/full_disk.php?date=20150514&type=hxrt_flter®ion=&indexnum=1. Мониторинг корональных дыр в гимназии проводился с февраля 2015 по февраль 2016 с периодом в 1 неделю, то есть за 1 год.

Никольская К.И. [6] показала, что максимуме 23 цикла и верхних частях ветвей роста и спада активности в гелиосфере наблюдался в основном медленный солнечный ветер (V_СВ 500км/с) с вкраплением высокоскоростных струй со скоростями 500 - 800 км/с, исходящих из средне- и низкоширотных корональных дыр. Слабые замкнутые магнитные поля -быстрый СВ - слабая «холодная» корона (23 цикл солнечной активности).

Ишков В.Н. в [4] показал, что «площадь полярных корональных дыр существенно уменьшилась и магнитный поток на поверхности Солнца на полюсах на 40% слабее по сравнению с прошлым минимумом СА. Магнитные поля в солнечном ветре над полюсами уменьшились примерно втрое, также как и плотность (10 – 20%) и скорость (~3%) солнечного ветра. Последняя вспышка класса Х в 2015 году произошла 5 мая 2015 г, но в эту дату крупные корональные дыры не наблюдались». Но Ишков В.Н. не рассматривал площадь корональных дыр.

Таблица 2 «Общее количество активных областей на Солнце и количество корональных дыр»

По-видимому, мы наблюдаем тенденцию уменьшения количества активных областей на Солнце и увеличения как количества, так и площади покрытия корональными дырами поверхности Солнца.

Для оценки солнечной активности, связанной со вспышками, применяют специальные индексы, напрямую связанные с реальными потоками электромагнитного излучения. По величине потока радиоизлучения на волне 10.7 см (частота 2800 МГц) в 1963 г. введен индекс F10.7. Он измеряется в солнечных единицах потока (с.е.п.), причем 1 с.е.п. = 10^-22 Вт/(м²Гц). Индекс F10.7 хорошо соответствует изменениям суммарной площади солнечных пятен и количеству вспышек во всех активных областях. Для статистических исследований в основном используются среднемесячные значения.

Выбросы F10.7 радио происходит высоко в хромосфере и низко в короне солнечной атмосферы. F10.7 хорошо коррелирует с числом солнечных пятен, а также ряда ультрафиолетового (УФ) и видимой солнечной записей освещенности.

Данный индекс практически повторяет число Вольфа. В 2015 году данный индекс резко не вырос, что говорит о том, что нет корреляции между площадью корональных дыр и увеличением индекса F10.7.

Максимальная площадь корональных дыр наблюдалась в октябре 2015 года. Были проанализированы уровни магнитных бурь. Более подробно о наблюдениях – в приложении 1.

Сильных магнитных бурь не наблюдалось после 10 октября. Нет корреляции между появлением сильных магнитных бурь и большими корональными дырами, что опровергает утверждение СМИ 21 октября 2015 г. сообщили, что «Корональная дыра на Солнце вызовет сильную магнитную бурю на Земле».

Получена информация с научных сайтов о данной проблеме, проанализирована литература. Подробно о методике наблюдений, используемых приборах и сайтах космических обсерваторий – см. Приложение №1 «Данные о солнечной активности и влиянии на ОКП с космических обсерваторий SOHO, SDO, сайта ТЕСИС, сайта «Космическая погода» НИИЯФ МГУ».

В процессе работы проанализированы данные прибора EIT 284 площадь покрытия поверхности Солнца корональной дырой за последние 5 лет (24 цикл солнечной активности) и выявлены даты, в которых наблюдались аномально большие корональные дыры – около 10 октября 2015 года.

Утверждения СМИ о прогнозах магнитных бурь на Земле вследствие больших корональных дыр в конце октября были ошибочны. Проанализированы уровни магнитных бурь (с G1 – слабая до G5 – экстремально сильная буря) по данным ТЕСИС, корреляции с площадью покрытия Солнца корональными дырами не выявлено. Проанализировано рентгеновское излучение Солнца и графики вспышечной активности Солнца по данным ТЕСИС (класс С – слабые вспышки, класс М – средние вспышки, класс Х – сильные вспышки) за данный период, корреляции на эту дату не выявлено. Проанализирован индекс F10.7, корреляции с площадью покрытия Солнца корональными дырами не выявлено.

По-видимому, мы наблюдаем тенденцию уменьшения количества активных областей на Солнце и увеличения как количества, так и площади покрытия корональными дырами поверхности Солнца в связи с повышенной активностью Солнца в 24 цикле солнечной активности.

1. Засов А.В., Кононович Э.В. Астрономия: Учебное пособие. – 2 изд., испр.. и доп. – М., ФИЗМАТЛИТ, 2015. – 260 с.

2. Ишков В.Н. Геоэффективная активность Солнца: от краткосрочного прогноза вспышечных явлений до долгосрочного прогноза солнечных циклов.

3. Ишков В.Н. Солнце в текущем 23-м цикле солнечной активности. http://crydee.sai.msu.ru/Universe_and_us/4num/v4pap15.htm

4. Ишков В.Н. Текущий XXIV цикл солнечной активности: развитие и основные свойства.

5. Мониторинг солнечной активности http://www.solarmonitor.org/

6. Никольская К.И. Стационарный солнечный ветер и корона могут формироваться в результате взаимодействия высокоскоростных извержений фотосферной плазмы с солнечными магнитными полями http://solar.crao.crimea.ua/rus/archive/conf/2010/Conferences/abs_text.htm

7. Обридко В.Н. Б. Д.Шельтинг Б.Д. и др. Связь контраста корональных дыр с характеристиками солнечного ветра. // Астрономический журнал, 2009, том 86, № 11, с. 1125–1132.

8. Сайт ТЕСИС http://www.tesis.lebedev.ru/

9. Сайт «Солнечная космическая жизнь» http://www.spaceweatherlive.com/en/solar-activity/solar-cycle-progression

10. Филиппов Б.П. Эруптивные процессы на Солнце. М.: ФИЗМАТЛИТ. 2007. – 216 с.

11. Центр анализа космической погоды НИИЯФ МГУ http://swx.sinp.msu.ru/weather.php